(57)【要約】  本発明は、効率が高く、高輝度化が可能であると共に、生産性が良い直線偏光を出射する発光素子を実現するもので、光を発生する半導体から成る活性層を備える発光素子であって、活性層で発生した光のうち、第１の方向の偏光成分を透過させ、第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を反射する、前記活性層と同族の半導体上に形成された、前記活性層と同族の半導体又は金属を含む偏光子層と、活性層に対して偏光子層と反対の側に設けられ、偏光子層で反射された光を反射する反射層と、偏光子層と反射層との間に設けられ、偏光子層で反射された光および反射層で反射された光の偏光状態を変化させる、前記活性層と同族の半導体を含む波長板層と、を有する。
2011083803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する半導体から成る活性層を備える発光素子であって、
前記活性層で発生した光のうち、第１の方向の偏光成分を透過させ、該第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を反射する、前記活性層と同族の半導体上に形成された、前記活性層と同族の半導体又は金属を含む偏光子層と、
前記活性層に対して前記偏光子層と反対の側に設けられ、前記偏光子層で反射された光を反射する反射層と、
前記偏光子層と前記反射層との間に設けられ、前記偏光子層で反射された光および前記反射層で反射された光の偏光状態を変化させる、前記活性層と同族の半導体を含む波長板層と、を有することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
請求項１記載の発光素子において、
前記偏光子層は、前記活性層と同族の半導体上に金属が縞状に形成された構成であることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
請求項１記載の発光素子において、
前記偏光子層は、前記活性層と同族の半導体上に、縞状に形成された第１の半導体と縞状に形成された第２の半導体とが交互に積層された構成であることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１記載の発光素子において、
前記活性層を構成する半導体がIII−V族半導体であり、該III−V族半導体がＩｎ、ＧａおよびＮを含み、前記偏光子層が形成された半導体がIII−V族半導体であり、該III−V族半導体がＧａおよびＮを含むことを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項１記載の発光素子において、
前記活性層を構成する半導体がIII−V族半導体であり、該III−V族半導体がＩｎ、Ｇａ、ＡｌおよびＰを含み、前記偏光子層が形成された半導体がIII−V族半導体であり、該III−V族半導体がＩｎ、Ｇａ、ＡｌおよびＰを含むことを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１記載の発光素子において、
前記波長板層は、半導体が縞状に形成された構成であることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
請求項１記載の発光素子において、
前記活性層を構成する半導体がIII−V族半導体であり、該III−V族半導体がＩｎ、ＧａおよびＮを含み、前記波長板層が有する半導体がIII−V族半導体であり、該III−V族半導体がＧａおよびＮを含むことを特徴とする発光素子。
【請求項８】
請求項１記載の発光素子において、
前記活性層を構成する半導体がIII−V族半導体であり、該III−V族半導体がＩｎ、Ｇａ、ＡｌおよびＰを含み、前記波長板層が有する半導体がIII−V族半導体であり、該III−V族半導体がＩｎ、Ｇａ、ＡｌおよびＰを含むことを特徴とする発光素子。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の発光素子を用いた画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線偏光を出射する発光素子および該発光素子を用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた画像表示装置が提案されている。この種の画像表示装置は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の光を出射する複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤからの光が入射する照明光学系と、照明光学系からの光が入射する液晶表示板を有するライトバルブと、ライトバルブからの各色の光を合成する色合成プリズムと、色合成プリズムからの光を投写面上に投写するための投写光学系と、を備えて構成されている。ＬＥＤには半導体が用いられ、通常はIII−V族半導体が用いられる。【０００３】
上記の構成の画像表示装置においては、投写画像の輝度を高めるために、発光素子から投写光学系までの光路において光損失が可能な限り生じないようにすることが求められている。【０００４】
上記の構成要素のうち、液晶表示板および色合成プリズムは偏光依存性を有するものであるため、光学系の高効率化のためには、発光素子は直線偏光を出射するものであることが望ましい。【０００５】
また、非特許文献１（SID  06  DIGEST,  2006,  pp.1808-1811,  61.1,  Photonic  Lattice  LEDs  for  RPTV  Light  Engines,  Christian  Hoepfner）に記載されているように、光学系の効率には、発光素子の面積と放射角との積で決まるエテンデュー（Ｅｔｅｎｄｕｅ）による制約がある。つまり、発光素子の面積と放射角との積の値を、ライトバルブの入射面の面積と、照明光学系のＦナンバーで決まる取り込み角との積の値以下にしなければ、発光素子からの光が投写光として利用されない。【０００６】
そのため、ＬＥＤを用いた画像表示装置においては、発光素子からの出射光のエテンデューを低減するために、発光素子の面積を大きくすることなく発光素子の輝度を高めることが懸案となっている。【０００７】
特許文献１（特開２００９−１１１０１２号公報）には、偏光比の大きな光を出射することを目的とし、非極性面を結晶成長主面とした半導体発光素子が開示されている。【０００８】
特許文献２（特開２００７−１０９６８９号公報）には、エテンデューを低減し、かつ高い偏光変換効率で直線偏光を出射することを目的とし、基準面上に設けられて光を出射する発光部と、発光部の出射面側に設けられたλ／４位相板と、λ／４位相板の出射面側に設けられた、第１の振動方向の偏光光を透過させ、第１の振動方向に直交する第２の振動方向の偏光光を反射する反射型偏光板と、反射型偏光板の出射面側に設けられた、基準面に平行な面内の２方向に屈折率が周期的に変化する光学部と、を有する発光素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１１１０１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９６８９号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】SID  06  DIGEST,  2006,  pp.1808-1811,  61.1,  Photonic  Lattice  LEDs  for  RPTV  Light  Engines,  Christian  Hoepfner
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載の半導体発光素子においては、非極性面を結晶成長主面とするため、通常の極性面を主面とする基板から非極性面を主面とする基板を切り出して用いる必要がある。このため、基板の面積を大きくすることができず、生産性が悪いという問題点がある。【００１２】
特許文献２に記載の発光素子は、反射型偏光板を用いて出射する光の偏光方向を揃えるものであり、反射型偏光板で反射された光は、発光部の出射面と反対の側に設けられた反射電極で反射され、λ／４位相板を往復することにより振動方向が９０°変化して反射型偏光板へ再入射し、反射型偏光板を透過する。【００１３】
しかし、反射型偏光板で反射された光、反射電極で反射された光は、反射型偏光板と反射電極との間にある発光部の出射面で一部が反射されるため、多重反射に伴う光の減衰を考えると偏光変換の効率が低く、高輝度化が困難であるという問題点がある。【００１４】
また、λ／４位相板は導電性を有しないため、発光部の出射面側の電極を発光素子の出射面に設けることができず、反射型偏光板、λ／４位相板を一部除去して電極を発光部の出射面に設ける必要があり、生産性が悪いという問題点がある。【００１５】
本発明は上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、効率が高く、高輝度化が可能であると共に、生産性が良い直線偏光を出射する発光素子を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の発光素子は、光を発生する半導体から成る活性層を備える発光素子であって、
前記活性層で発生した光のうち、第１の方向の偏光成分を透過させ、該第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を反射する、前記活性層と同族の半導体上に形成された、前記活性層と同族の半導体又は金属を含む偏光子層と、
前記活性層に対して前記偏光子層と反対の側に設けられ、前記偏光子層で反射された光を反射する反射層と、
前記偏光子層と前記反射層との間に設けられ、前記偏光子層で反射された光および前記反射層で反射された光の偏光状態を変化させる、前記活性層と同族の半導体を含む波長板層と、を有することを特徴とする。【００１７】
本発明の画像表示装置は、上記構成の発光素子を用いている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の発光素子は、偏光子層を用いて出射する光の偏光方向を揃えるものであり、偏光子層で反射された光は反射層で反射され、波長板層を往復することにより偏光状態が変化して偏光子層へ再入射し、偏光子層を透過する。【００１９】
活性層が半導体から成り、偏光子層が活性層と同族の半導体上に形成され、偏光子層が活性層と同族の半導体又は金属を含み、波長板層が活性層と同族の半導体を含むことにより、偏光子層と反射層との間に光を反射する面がない状態を実現できるため、偏光変換の効率が高く、高輝度化が可能である。【００２０】
また、偏光子層、波長板層は導電性を有するため、電極を発光素子の出射面に設けることができ、通常の極性面を主面とする基板を用いることにより、基板の面積を大きくすることができるため、生産性が良い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による発光素子の一実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】図１中の偏光子層１０７の一つの構成例を示す斜視図である。
【図３】図２に示した偏光子層における波長と効率の関係の計算例を示す図である。
【図４】図１中の偏光子層１０７の他の構成例を示す斜視図である。
【図５】図４に示した偏光子層における波長と効率の関係の計算例を示す図である。
【図６】図１中の波長板層１０３の一つの構成例を示す斜視図である。
【図７】図６に示した波長板層における波長と効率の関係の計算例を示す図である。
【図８】図６に示した波長板層における波長と位相差の関係の計算例を示す図である。
【図９】本発明による発光素子を用いた画像表示装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明による発光素子を用いた画像表示装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明による発光素子を用いた画像表示装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】図９に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。
【図１３】図１０に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。
【図１４】図１１に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明による発光素子１００の一実施形態の構成を示す断面図である。なお、発光素子１００においては、実際の各層の厚さが非常に薄く、また各層の厚さの違いが大きいため、各層の比率が正確な図を描くことが困難である。このため、図では各層が実際の比率通りに描かれておらず、各層が模式的に示されている。
【００２４】
サブマウント１０１上に、反射層１０２、波長板層１０３、Ｐ型半導体層１０４、活性層１０５、Ｎ型半導体層１０６、偏光子層１０７が順に積層されている。サブマウント１０１の下面には図示しないＰ型電極が形成され、偏光子層１０７の上面には図示しないＮ型電極が形成されている。
【００２５】
サブマウント１０１の材料としては、例えばＳｉが用いられる。反射層１０２の材料としては、例えばＡｌが用いられる。
【００２６】
発光素子１００が青色または緑色の光を出射する場合、Ｐ型半導体層１０４の材料としては、例えばＭｇがドープされたＧａＮが用いられる。活性層１０５としては、例えばＧａＮを材料とする層とＩｎＧａＮを材料とする層とが交互に積層された多重量子井戸の構成が用いられる。Ｎ型半導体層１０６の材料としては、例えばＳｉがドープされたＧａＮが用いられる。これらはいずれもIII−V族半導体である。
【００２７】
発光素子１００が赤色の光を出射する場合、Ｐ型半導体層１０４の材料としては、例えばＺｎがドープされたＩｎＧａＡｌＰが用いられる。活性層１０５としては、例えばＩｎＧａＰを材料とする層とＩｎＧａＡｌＰを材料とする層とが交互に積層された多重量子井戸の構成が用いられる。Ｎ型半導体層１０６の材料としては、例えばＳｉがドープされたＩｎＧａＡｌＰが用いられる。これらはいずれもIII−V族半導体である。Ｐ型電極、Ｎ型電極の材料としては、例えばＡｕを含む合金が用いられる。
【００２８】
発光素子１００の作製方法について説明する。まず、基板上に、Ｎ型半導体層１０６、活性層１０５、Ｐ型半導体層１０４を順に形成する。次に、Ｐ型半導体層１０４上に波長板層１０３を形成する。次に、波長板層１０３上に反射層１０２を形成する。次に、サブマウント１０１上に反射層１０２を貼り合わせ、基板を除去する。次に、Ｎ型半導体層１０６上に偏光子層１０７を形成する。最後に、Ｐ型電極、Ｎ型電極を形成する。
【００２９】
本実施形態の概略動作について説明する。Ｐ型電極とＮ型電極との間に電圧を加え、これらの間に電流を流すことにより、活性層１０５において光が発生する。活性層１０５において発生した光には、様々な方向へ向かう成分が含まれる。
【００３０】
活性層１０５において発生し、Ｎ型半導体層１０６側へ向かう光は、Ｎ型半導体層１０６を透過し、偏光子層１０７へ入射する。活性層１０５において発生し、Ｐ型半導体層１０４側へ向かう光は、Ｐ型半導体層１０４、波長板層１０３を透過し、反射層１０２で反射され、波長板層１０３、Ｐ型半導体層１０４、活性層１０５、Ｎ型半導体層１０６を透過し、偏光子層１０７へ入射する。
【００３１】
偏光子層１０７は、入射光のうち、第１の方向の偏光成分を透過させ、第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を反射する。すなわち、偏光子層１０７へ入射した光のうち、第１の方向の偏光成分は偏光子層１０７を透過し、第２の方向の偏光成分は偏光子層１０７で反射される。
【００３２】
偏光子層１０７で反射された光は、Ｎ型半導体層１０６、活性層１０５、Ｐ型半導体層１０４、波長板層１０３を透過し、反射層１０２で反射され、波長板層１０３、Ｐ型半導体層１０４、活性層１０５、Ｎ型半導体層１０６を透過し、偏光子層１０７へ再入射する。
【００３３】
波長板層１０３は、偏光子層１０７で反射された光および反射層１０２で反射された光の偏光状態を変化させる。このとき、偏光子層１０７で反射され、反射層１０２で反射され、偏光子層１０７へ再入射する光は、波長板層１０３を往復することにより偏光状態が変化し、第１の方向の偏光成分を有する。
【００３４】
偏光子層１０７へ再入射した光のうち、第１の方向の偏光成分は偏光子層１０７を透過し、第２の方向の偏光成分は偏光子層１０７で反射される。この動作を繰り返すことにより、活性層１０５において発生した光は最終的に全て偏光子層１０７を透過する。その結果、発光素子１００から出射する光は偏光方向が第１の方向である直線偏光となる。
【００３５】
なお、発光素子１００が緑色の光を出射する場合、Ｐ型半導体層１０４の材料として、例えばＮがドープされたＭｇＳｅ／ＢｅＺｎＴｅを用い、活性層１０５の材料として例えばＢｅＺｎＳｅＴｅを用い、Ｎ型半導体層１０６の材料として、例えばＣｌがドープされたＭｇＳｅ／ＺｎＣｄＳｅを用いても良い。これらはいずれもII−VI族半導体である。
【００３６】
以下に、偏光子層１０７、波長板層１０３の具体的構成について説明する。
【００３７】
図２は、図１中の偏光子層１０７の一つの構成例を示す斜視図である。
【００３８】
図２に示す例では、Ｎ型半導体層２０１の表面に溝が縞状に形成されており、溝の凸部の上に金属２０２が縞状に形成されている。溝の凸部と金属２０２とが偏光子層を構成する。溝の凸部および金属２０２の長手方向は図中のＹ軸方向である。この偏光子層は、入射光のうち、溝の長手方向および金属２０２の積層方向と直交する図中のＸ軸方向の偏光成分を透過させ、図中のＹ軸方向の偏光成分を反射する。
【００３９】
発光素子１００が青色または緑色の光を出射する場合、Ｎ型半導体層２０１の材料としては、例えばＳｉがドープされたＧａＮが用いられる。発光素子１００が赤色の光を出射する場合、Ｎ型半導体層２０１の材料としては、例えばＳｉがドープされたＩｎＧａＡｌＰが用いられる。金属２０２の材料としては、例えばＡｌが用いられる。
【００４０】
図２に示した偏光子層の作製方法について説明する。まず、Ｎ型半導体層２０１の表面上の全面に金属２０２を形成する。次に、金属２０２上にフォトレジストを塗布する。次に、フォトマスクを用いた露光、現像により、フォトレジストを縞状にパターニングする。次に、パターニングされたフォトレジストをマスクとしてエッチングを行い、金属２０２を縞状に加工すると共に、Ｎ型半導体層２０１の表面に縞状の溝を形成する。最後にフォトレジストを除去する。
【００４１】
図３は、図２に示した偏光子層における波長と効率の関係の計算例を示す図である。計算では、発光素子１００が青色の光を出射する場合を想定し、Ｎ型半導体層２０１の材料をＧａＮ、金属２０２の材料をＡｌとした。また、Ｎ型半導体層２０１の表面に形成された溝の凸部および金属２０２の周期を１００ｎｍ、幅を５０ｎｍとし、溝の凸部の高さを２００ｎｍ、金属２０２の厚さを２００ｎｍとした。図の横軸は波長、縦軸は効率である。また、黒丸はＴＥ偏光成分（図２中のＹ軸方向の偏光成分）の反射率、白丸はＴＭ偏光成分（図２中のＸ軸方向の偏光成分）の透過率を表している。
【００４２】
波長４５０ｎｍの近傍でＴＥ偏光成分の反射率、ＴＭ偏光成分の透過率が高くなっており、この偏光子層がＴＭ偏光成分を透過させ、ＴＥ偏光成分を反射することがわかる。波長４５０ｎｍにおけるＴＥ偏光成分の反射率は８２％、ＴＭ偏光成分の透過率は７９％である。この偏光子層は中心波長における効率がやや低いが波長帯域が広い。
【００４３】
すなわち、図２に示した偏光子層を発光素子に用いることにより、広い波長帯域で直線偏光を出射することができるという効果が得られる。
【００４４】
なお、図２に示す例では、Ｎ型半導体層２０１の表面に溝を縞状に形成し、溝の凸部の上に金属２０２を縞状に形成しているが、表面に溝が形成されていないＮ型半導体層２０１の上に金属２０２を縞状に形成しても良い。
【００４５】
図４は、図１中の偏光子層１０７の他の構成例を示す斜視図である。
【００４６】
図４に示す例では、Ｎ型半導体層４０１の上に積層された半導体４０２が縞状に形成されている。半導体４０２は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層したものである。半導体４０２が偏光子層を構成する。半導体４０２の長手方向は図中のＹ軸方向である。この偏光子層は、入射光のうち、溝の長手方向および半導体４０２の積層方向と直交する図中のＸ軸方向の偏光成分を透過させ、図中のＹ軸方向の偏光成分を反射する。
【００４７】
発光素子１００が青色または緑色の光を出射する場合、Ｎ型半導体層４０１の材料としては、例えばＳｉがドープされたＧａＮが用いられる。半導体４０２中の高屈折率層、低屈折率層の材料としては、それぞれ例えばＳｉがドープされたＧａＮ、ＳｉがドープされたＡｌＮが用いられる。発光素子１００が赤色の光を出射する場合、Ｎ型半導体層４０１の材料としては、例えばＳｉがドープされたＩｎＧａＡｌＰが用いられる。半導体４０２中の高屈折率層、低屈折率層の材料としては、それぞれ例えばＳｉがドープされたＩｎＧａＡｌＰ、ＳｉがドープされたＩｎＡｌＰが用いられる。
【００４８】
図４に示した偏光子層の作製方法について説明する。まず、Ｎ型半導体層４０１上の全面に高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層することにより半導体４０２を形成する。次に、半導体４０２上にフォトレジストを塗布する。次に、フォトマスクを用いた露光、現像により、フォトレジストを縞状にパターニングする。次に、パターニングされたフォトレジストをマスクとしてエッチングを行い、半導体４０２を縞状に加工する。最後にフォトレジストを除去する。
【００４９】
図５は、図４に示した偏光子層における波長と効率の関係の計算例を示す図である。計算では、発光素子１００が青色の光を出射する場合を想定し、Ｎ型半導体層４０１の材料をＧａＮ、半導体４０２中の高屈折率層、低屈折率層の材料をそれぞれＧａＮ、ＡｌＮとした。また、半導体４０２の周期を１００ｎｍ、幅を５０ｎｍとし、半導体４０２中の高屈折率層、低屈折率層の厚さをそれぞれ６７ｎｍ、５８ｎｍ、層数を各１０層とした。図５の横軸は波長、縦軸は効率である。また、黒丸はＴＥ偏光成分（図４中のＹ軸方向の偏光成分）の反射率、白丸はＴＭ偏光成分（図４中のＸ軸方向の偏光成分）の透過率を表している。
【００５０】
波長４５０ｎｍの近傍でＴＥ偏光成分の反射率、ＴＭ偏光成分の透過率が高くなっており、この偏光子層がＴＭ偏光成分を透過させ、ＴＥ偏光成分を反射することがわかる。波長４５０ｎｍにおけるＴＥ偏光成分の反射率は８９％、ＴＭ偏光成分の透過率は９７％である。この偏光子層は波長帯域がやや狭いが中心波長における効率が高い。
【００５１】
すなわち、図４に示した偏光子層を発光素子に用いることにより、中心波長において高い効率で直線偏光を出射することができるという効果が得られる。
【００５２】
図６は、図１中の波長板層１０３の一つの構成例を示す斜視図である。
【００５３】
図６に示す例では、Ｐ型半導体層６０１の裏面に溝６０２が縞状に形成されている。溝６０２の凸部が波長板層を構成する。溝６０２の凸部の長手方向は図中のＸ軸方向およびＹ軸方向に対して４５°の角度を成している。この波長板層は、偏光子層１０７の側から入射し、反射層１０２で反射され、偏光子層１０７の側へ出射する光に対し、溝６０２の凸部の長手方向に平行な偏光成分と垂直な偏光成分との間に略１８０°の位相差を与える。すなわち、この波長板層と反射層１０２とを組み合わせたものは反射型の１／２波長板として作用する。このとき、偏光子層１０７の側から波長板層へ入射した偏光方向が図中のＹ軸方向である直線偏光は、偏光方向が図中のＸ軸方向である直線偏光として波長板層から偏光子層１０７の側へ出射する。
【００５４】
発光素子１００が青色または緑色の光を出射する場合、Ｐ型半導体層６０１の材料としては、例えばＭｇがドープされたＧａＮが用いられる。発光素子１００が赤色の光を出射する場合、Ｐ型半導体層６０１の材料としては、例えばＺｎがドープされたＩｎＧａＡｌＰが用いられる。
【００５５】
図６に示した波長板層の作製方法について説明する。まず、Ｐ型半導体層６０１の裏面上にフォトレジストを塗布する。次に、フォトマス-クを用いた露光、現像により、フォトレジストを縞状にパターニングする。次に、パターニングされたフォトレジストをマスクとしてエッチングを行い、Ｐ型半導体層６０１の裏面に縞状の溝６０２を形成する。最後にフォトレジストを除去する。
【００５６】
図７は、図６に示した波長板層における波長と効率の関係の計算例を示す図である。計算では、発光素子１００が青色の光を出射する場合を想定し、Ｐ型半導体層６０１の材料をＧａＮ、反射層１０２の材料をＡｌとした。また、溝６０２の周期を１００ｎｍ、幅を５０ｎｍとし、溝６０２の深さを２１５ｎｍとした。図の横軸は波長、縦軸は効率である。また、黒丸はＴＥ偏光成分（溝６０２の凸部の長手方向に平行な偏光成分）の反射率、白丸はＴＭ偏光成分（溝６０２の凸部の長手方向に垂直な偏光成分）の反射率を表している。ここで、反射率とは、偏光子層１０７の側から波長板層へ入射した光に対する波長板層から偏光子層１０７の側へ出射する光の割合である。
【００５７】
波長４５０ｎｍの近傍でＴＥ偏光成分の反射率、ＴＭ偏光成分の反射率が高くなっており、この波長板層と反射層１０２とを組み合わせたものがＴＥ偏光成分、ＴＭ偏光成分を共に反射することがわかる。波長４５０ｎｍにおけるＴＥ偏光成分の反射率は８４％、ＴＭ偏光成分の反射率は９１％である。
【００５８】
図８は、図６に示した波長板層における波長と位相差の関係の計算例を示す図である。計算条件は図７において述べたものと同じである。図の横軸は波長、縦軸は波長板層の往復によりＴＥ偏光成分とＴＭ偏光成分との間に与えられる位相差である。
【００５９】
波長４５０ｎｍの近傍で位相差が略１８０°になっており、この波長板層と反射層１０２とを組み合わせたものが反射型の１／２波長板として作用することがわかる。波長４５０ｎｍにおける位相差は１７４°である。
【００６０】
なお、波長板層の往復によりＴＥ偏光成分とＴＭ偏光成分との間に与えられる位相差は略１８０°である必要はなく、それより小さくても良い。このとき、偏光子層１０７の側から波長板層へ入射した偏光方向が図６中のＹ軸方向である直線偏光（図６中のＸ軸方向の偏光成分を有しない光）は、図６中のＸ軸方向の偏光成分を有する光として波長板層から偏光子層１０７の側へ出射する。波長板層の往復によりＴＥ偏光成分とＴＭ偏光成分との間に与えられる位相差を小さくすることにより、溝６０２の深さを浅くすることができ、波長板層の作製が容易になる。
【００６１】
図９は、本発明による発光素子を用いた画像表示装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態の画像表示装置は、複数の画素から成る液晶表示素子９０３Ｒ、９０３Ｇ、９０３Ｂを用いて画像を形成するものであり、各画素は配向方向を個別に制御可能な液晶分子を有している。
【００６２】
図９に示される画像表示装置は、赤色光を発生する光源ユニット９０１Ｒ、緑色光を発生する光源ユニット９０１Ｇ、青色光を発生する光源ユニット９０１Ｂ、を備えている。これらの光源ユニットは、図１ないし図８を用いて説明した本発明による発光素子を１つ以上用いて構成されている。
【００６３】
光源ユニット９０１Ｒにおいて発生した赤色光は集光レンズ９０２Ｒを介して赤色用画像を表示する液晶表示素子９０３Ｒを照射し、これにより液晶表示素子９０３Ｒにおいて生成された赤色画像光が色合成プリズム９０４へ入射する。
【００６４】
光源ユニット９０１Ｇにおいて発生した緑色光は集光レンズ９０２Ｇを介して緑色用画像を表示する液晶表示素子９０３Ｇを照射し、これにより液晶表示素子９０３Ｇにおいて生成された緑色画像光が色合成プリズム９０４へ入射する。
【００６５】
光源ユニット９０１Ｂにおいて発生した青色光は集光レンズ９０２Ｂを介して青色用画像を表示する液晶表示素子９０３Ｂを照射し、これにより液晶表示素子９０３Ｂにおいて生成された青色画像光が色合成プリズム９０４へ入射する。
【００６６】
色合成プリズム９０４へ入射した赤色画像光、緑色画像光、青色画像光は色合成プリズム９０４において合成され、合成された画像光は投写レンズ９０５を介してスクリーンへ投写される。
【００６７】
本実施形態の画像表示装置は、出射光の偏光状態が揃っていない光源ユニットを用いた同様の構成の画像表示装置に比べ、液晶表示素子９０３Ｒ、９０３Ｇ、９０３Ｂにおいて５０％の光損失が生じないため、輝度を２倍に高めることができる。
【００６８】
図１０は、本発明による発光素子を用いた画像表示装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態の画像表示装置は、複数の画素から成るマイクロミラー１００４を用いて画像を形成するものであり、各画素は角度を個別に制御可能なマイクロミラーを有している。
【００６９】
図１０に示される画像表示装置は、赤色光を発生する光源ユニット１００１Ｒ、緑色光を発生する光源ユニット１００１Ｇ、青色光を発生する光源ユニット１００１Ｂ、を備えている。これらの光源ユニットは、図１ないし図８を用いて説明した本発明による発光素子を１つ以上用いて構成されている。
【００７０】
光源ユニット１００１Ｒにおいて発生した赤色光は集光レンズ１００２Ｒを介して色合成プリズム１００３へ入射する。光源ユニット１００１Ｇにおいて発生した赤色光は集光レンズ１００２Ｇを介して色合成プリズム１００３へ入射する。光源ユニット１００１Ｂにおいて発生した赤色光は集光レンズ１００２Ｂを介して色合成プリズム１００３へ入射する。
【００７１】
光源ユニット１００１Ｒ、光源ユニット１００１Ｇ、光源ユニット１００１Ｂは、各色の点灯状態が順番に切り替えられるように制御可能であり、色合成プリズム１００３から赤色光、緑色光、青色光がマイクロミラー１００４へ順番に照射される。
【００７２】
マイクロミラー１００４は照射された光の色に応じた画像を順番に表示する。これにより、マイクロミラー１００４において生成された赤色画像光、緑色画像光、青色画像光が投写レンズ１００５を介してスクリーンへ順番に投写される。
【００７３】
色合成プリズム１００３は、赤色光のＳ偏光成分を全て反射し、緑色光のＰ偏光成分を全て透過させ、青色光のＳ偏光成分を全て反射するが、赤色光のＰ偏光成分は一部しか反射せず、緑色光のＳ偏光成分は一部しか透過させず、青色光のＰ偏光成分は一部しか反射しない。
【００７４】
このため、光源ユニットからの出射光の偏光状態が揃っていない場合、赤色光、緑色光、青色光のいずれも、色合成プリズム１００３において一方の偏光成分に対しては光損失が生じないが、他方の偏光成分に対しては光損失が生じる。
【００７５】
これに対し、光源ユニットからの出射光が直線偏光である場合、赤色光はＳ偏光、緑色光はＰ偏光、青色光はＳ偏光として色合成プリズム１００３へ入射させれば、赤色光、緑色光、青色光のいずれも、色合成プリズム１００３において光損失が生じない。
【００７６】
すなわち、本実施形態の画像表示装置は、出射光の偏光状態が揃っていない光源ユニットを用いた同様の構成の画像表示装置に比べ、色合成プリズム１００３において光損失が生じないため、輝度を高めることができる。
【００７７】
図１１は、本発明による発光素子を用いた画像表示装置の他の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態の画像表示装置は、複数の画素から成るマイクロミラー１１０５を用いて画像を形成するものであり、各画素は角度を個別に制御可能なマイクロミラーを有している。
【００７８】
図１１に示される画像表示装置は、赤色光を発生する光源ユニット１１０１ＲＰ、１１０１ＲＳ、緑色光を発生する光源ユニット１１０１ＧＰ、１１０１ＧＳ、青色光を発生する光源ユニット１１０１ＢＰ、１１０１ＢＳを備えている。これらの光源ユニットは、図１ないし図８を用いて説明した本発明による発光素子を１つ以上用いて構成されている。
【００７９】
光源ユニット１１０１ＲＰ、１１０１ＲＳにおいて発生した赤色光はそれぞれＰ偏光、Ｓ偏光として偏光ビームスプリッタ１１０２Ｒへ入射する。偏光ビームスプリッタ１１０２ＲはＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。従って、光源ユニット１１０１ＲＰ、１１０１ＲＳにおいて発生した赤色光は偏光ビームスプリッタ１１０２Ｒにおいて合成され、合成された赤色光は集光レンズ１１０３Ｒを介して色合成プリズム１１０４へ入射する。
【００８０】
光源ユニット１１０１ＧＰ、１１０１ＧＳにおいて発生した緑色光はそれぞれＰ偏光、Ｓ偏光として偏光ビームスプリッタ１１０２Ｇへ入射する。偏光ビームスプリッタ１１０２ＧはＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。従って、光源ユニット１１０１ＧＰ、１１０１ＧＳにおいて発生した緑色光は偏光ビームスプリッタ１１０２Ｇにおいて合成され、合成された緑色光は集光レンズ１１０３Ｇを介して色合成プリズム１１０４へ入射する。
【００８１】
光源ユニット１１０１ＢＰ、１１０１ＢＳにおいて発生した青色光はそれぞれＰ偏光、Ｓ偏光として偏光ビームスプリッタ１１０２Ｂへ入射する。偏光ビームスプリッタ１１０２ＢはＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。従って、光源ユニット１１０１ＢＰ、１１０１ＢＳにおいて発生した青色光は偏光ビームスプリッタ１１０２Ｂにおいて合成され、合成された青色光は集光レンズ１１０３Ｂを介して色合成プリズム１１０４へ入射する。
【００８２】
光源ユニット１１０１ＲＰ、１１０１ＲＳ、光源ユニット１１０１ＧＰ、１１０１ＧＳ、光源ユニット１１０１ＢＰ、１１０１ＢＳは、各色の点灯状態が順番に切り替えられるように制御可能であり、色合成プリズム１１０４から赤色光、緑色光、青色光がマイクロミラー１１０５へ順番に照射される。
【００８３】
マイクロミラー１１０５は照射された光の色に応じた画像を順番に表示する。これにより、マイクロミラー１１０５において生成された赤色画像光、緑色画像光、青色画像光が投写レンズ１１０６を介してスクリーンへ順番に投写される。
【００８４】
光源ユニットからの出射光の偏光状態が揃っていない場合、偏光ビームスプリッタにおいて５０％の光損失が生じるため、図１０に示す構成の画像表示装置に比べ、光源ユニットの数が２倍であるにも関わらず輝度を高めることができない。
【００８５】
これに対し、光源ユニットからの出射光が直線偏光である場合、偏光ビームスプリッタにおいて５０％の光損失が生じないため、図１０に示す構成の画像表示装置に比べ、光源ユニットの数が２倍であることにより輝度を２倍に高めることができる。
【００８６】
図１２は、図９に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。
【００８７】
駆動回路１２０２Ｒ、１２０２Ｇ、１２０２Ｂは、それぞれ光源ユニット９０１Ｒ、９０１Ｇ、９０１Ｂを駆動する。これにより、光源ユニット９０１Ｒ、９０１Ｇ、９０１Ｂは、画像表示動作時には常に点灯した状態となる。なお、光源ユニット９０１Ｒ、９０１Ｇ、９０１Ｂは、１つの駆動回路により駆動されるものとしても良い。
【００８８】
画像信号処理回路１２０１は、外部のＰＣ（パーソナルコンピュータ）や画像再生装置等から与えられる入力画像信号に応じて赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を表示するための信号を生成し、それぞれの信号を駆動回路１２０３Ｒ、１２０３Ｇ、１２０３Ｂへ供給する。
【００８９】
駆動回路１２０３Ｒ、１２０３Ｇ、１２０３Ｂは、画像信号処理回路１２０１から供給された信号により、それぞれ液晶表示素子９０３Ｒ、９０３Ｇ、９０３Ｂを駆動する。これにより、液晶表示素子９０３Ｒ、９０３Ｇ、９０３Ｂはそれぞれ赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を表示する。
【００９０】
図１３は、図１０に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。
【００９１】
画像信号処理回路１３０１は、外部のＰＣや画像再生装置等から与えられる入力画像信号に応じて赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を表示するための信号を生成し、これらの信号を順番に駆動回路１３０３へ供給する。
【００９２】
また、画像信号処理回路１３０１は、赤色用画像を表示するための信号を駆動回路１３０３へ供給するのと同時に、赤色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１３０２Ｒへ供給し、緑色用画像を表示するための信号を駆動回路１３０３へ供給するのと同時に、緑色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１３０２Ｇへ供給し、青色用画像を表示するための信号を駆動回路１３０３へ供給するのと同時に、青色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１３０２Ｂへ供給する。
【００９３】
駆動回路１３０３は、画像信号処理回路１３０１から供給された信号により、マイクロミラー１００４を駆動する。これにより、マイクロミラー１００４は赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を順番に表示する。
【００９４】
駆動回路１３０２Ｒ、１３０２Ｇ、１３０２Ｂは、画像信号処理回路１３０１から供給された信号により、それぞれ光源ユニット１００１Ｒ、１００１Ｇ、１００１Ｂを駆動する。これにより、マイクロミラー１００４が赤色用画像を表示している時には光源ユニット１００１Ｒが点灯し、マイクロミラー１００４が緑色用画像を表示している時には光源ユニット１００１Ｇが点灯し、マイクロミラー１００４が青色用画像を表示している時には光源ユニット１００１Ｂが点灯する。
【００９５】
図１４は、図１１に示した画像表示装置の駆動系の構成を示す図である。
【００９６】
画像信号処理回路１４０１は、外部のＰＣや画像再生装置等から与えられる入力画像信号に応じて赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を表示するための信号を生成し、これらの信号を順番に駆動回路１４０３へ供給する。
【００９７】
また、画像信号処理回路１４０１は、赤色用画像を表示するための信号を駆動回路１４０３へ供給するのと同時に、赤色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１４０２ＲＰ、１４０２ＲＳへ供給し、緑色用画像を表示するための信号を駆動回路１４０３へ供給するのと同時に、緑色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１４０２ＧＰ、１４０２ＧＳへ供給し、青色用画像を表示するための信号を駆動回路１４０３へ供給するのと同時に、青色光を発生させるための信号を生成してこの信号を駆動回路１４０２ＢＰ、１４０２ＢＳへ供給する。
【００９８】
駆動回路１４０３は、画像信号処理回路１４０１から供給された信号により、マイクロミラー１１０５を駆動する。これにより、マイクロミラー１１０５は赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を順番に表示する。
【００９９】
駆動回路１４０２ＲＰ、１４０２ＲＳ、１４０２ＧＰ、１４０２ＧＳ、１４０２ＢＰ、１４０２ＢＳは、画像信号処理回路１４０１から供給された信号により、それぞれ光源ユニット１１０１ＲＰ、１１０１ＲＳ、１１０１ＧＰ、１１０１ＧＳ、１１０１ＢＰ、１１０１ＢＳを駆動する。これにより、マイクロミラー１１０５が赤色用画像を表示している時には光源ユニット１１０１ＲＰ、１１０１ＲＳが点灯し、マイクロミラー１００４が緑色用画像を表示している時には光源ユニット１１０１ＧＰ、１１０１ＧＳが点灯し、マイクロミラー１００４が青色用画像を表示している時には光源ユニット１１０１ＢＰ、１１０１ＢＳが点灯する。
【０１００】
この出願は２０１０年１月７日に出願された日本出願特願２０１０−００２０６８号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１０１】
１００    発光素子
１０１    サブマウント
１０２    反射層
１０３    波長板層
１０４    Ｐ型半導体層
１０５    活性層
１０６    Ｎ型半導体層
１０７    偏光子層
【図１】
2011083803.tif 000003
【図２】
2011083803.tif 000004
【図３】
2011083803.tif 000005
【図４】
2011083803.tif 000006
【図５】
2011083803.tif 000007
【図６】
2011083803.tif 000008
【図７】
2011083803.tif 000009
【図８】
2011083803.tif 000010
【図９】
2011083803.tif 000011
【図１０】
2011083803.tif 000012
【図１１】
2011083803.tif 000013
【図１２】
2011083803.tif 000014
【図１３】
2011083803.tif 000015
【図１４】
2011083803.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月4日(2012.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
光を発生する半導体から成る活性層と、
前記活性層で発生した光のうち、第１の方向の偏光成分を透過させ、該第１の方向と直交する第２の方向の偏光成分を反射する偏光子層と、
前記活性層に対して前記偏光子層と反対の側に設けられ、前記偏光子層で反射された光を反射する反射層と、
前記偏光子層と前記反射層との間に設けられ、前記偏光子層で反射された光および前記反射層で反射された光の偏光状態を変化させる波長板層と、を有し、
前記偏光子層は、前記活性層と同族の半導体上に積層され、前記活性層と同族の半導体又は金属を含み、
前記波長板層は、前記活性層と同族の半導体を含む発光素子。
【国際調査報告】
2011083803.tif 000017
2011083803.tif 000018
2011083803.tif 000019
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